转载--三大年夜控制系统PLC、DCS、FCS的特点及差异！

在有些行业，FCS是由PLC发展而来的；而在另一些行业，FCS又是由DCS发展而来的，以是FCS与PLC及DCS之间有着千丝万缕的联系，又存在着实质的差异。
本文就PLC、DCS、FCS三大掌握系统的特点和差异逐一剖析，指出它们之间的渊源及发展方向。

01

PLC、DCS、FCS三大掌握系统的基本特点

目前，在连续型流程生产自动掌握（PA）或习气称之谓工业过程掌握中，有三大掌握系统，即PLC、DCS和FCS.它们各自的基本特点如下：

◎ PLC

（1）从开关量掌握发展到顺序掌握、运送处理，是从下往上的。
（2）连续PID掌握等多功能，PID在中断站中。
（3）可用一台PC机为主站，多台同型PLC为从站。
（4）也可一台PLC为主站，多台同型PLC为从站，构成PLC网络。
这比用PC机作主站方便之处是：有用户编程时，不必知道通信协议，只要按解释书格式写就行。
（5）PLC网格既可作为独立DCS/TDCS，也可作为DCS/TDCS的子系统。
（6）大系统同DCS/TDCS，如TDC3000、CENTUMCS、WDPFI、MOD300。

（7）PLC网络如Siemens公司的SINEC—L1、SINEC—H1、S4、S5、S6、S7等，GE公司的GENET、三菱公司的MELSEC—NET、MELSEC—NET/MINI。

（8）紧张用于工业过程中的顺序掌握，新型PLC也兼有闭环掌握功能。
（9）制造商：GOULD（美）、AB（美）、GE（美）、OMRON（日）、MITSUBISHI（日）、Siemens（德）等。

◎ DCS或TDCS

（1）分散掌握系统DCS与集散掌握系统TDCS是集4C（Communication，Computer， Control、CRT）技能于一身的监控技能。
（2）从上到下的树状拓扑大系统，个中通信（Communication）是关键。
（3）PID在中断站中，中断站联接打算机与现场仪器仪表与掌握装置。
（4）是树状拓扑和并行连续的链路构造，也有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。
（5）仿照旗子暗记，A/D—D/A、带微处理器的稠浊。
（6）一台仪表一对线接到I/O，由掌握站挂到局域网LAN。

（7）DCS是掌握（工程师站）、操作（操作员站）、现场仪表（现场测控站）的3级构造。
（8）缺陷是本钱高，各公司产品不能互换，不能互操作，DCS系统是各家不同的。
（9）用于大规模的连续过程掌握，如石化等。
（10）制造商：Bailey（美）、Westinghous（美）、HITACH（日）、LEEDS & NORTHRMP（美）、SIEMENS（德）、Foxboro（美）、ABB （瑞士）、Hartmann & Braun（德）、Yokogawa（日）、Honewell（美国）、Taylor（美）等。

◎ FCS

（1）基本任务是：实质（本征）安全、危险区域、易变过程、难于对付的非常环境。
（2）全数字化、智能、多功能取代仿照式单功能仪器、仪表、掌握装置。
（3）用两根线联接分散的现场仪表、掌握装置、PID与掌握中央，取代每台仪器两根线。
（4）在总线上PID与仪器、仪表、掌握装置都是平等的。

（5）多变量、多节点、串行、数字通信系统取代单变量、单点、并行、仿照系统。
（6）是互联的、双向的、开放的取代单向的、封闭的。
（7）用分散的虚拟掌握站取代集中的掌握站。
（8）由现场电脑操纵，还可挂到上位机，接同一总线的上一级打算机。
（9）局域网，再可与internet相通。

（10）改变传统的旗子暗记标准、通信标准和系统标准入企业管理网。

（11）制造商：美Honeywell 、Smar 、Fisher— Rosemount、 AB/Rockwell、Elsag— Bailey、Foxboro 、Yamatake 、日Yokogawa、欧 Siemens、 GEC—Alsthom 、Schneider、 proces—Data、 ABB等。
（12）3类FCS的范例1）连续的工艺过程自动掌握如石油化工，个中“本安防爆”技能是绝对主要的，范例产品是FF、World FIP、Profibus—PA；2）分立的工艺动作自动掌握如汽车制造机器人、汽车，范例产品是Profibus—DP、CANbus；3）多点掌握如楼宇自动化，范例产品是LON Work、Profibus—FMS.

从上述基本要点的描述中，我们是否把稳到一点，用于过程掌握的三大系统，没有一个是针对电站而开拓的，或者说，在他们开拓的初期，都并非以电站做系统的首选掌握工具。
而在这些系统的利用解释中也绝不把电站作为首选适用范围，有的在适用范围中根本就不提电站。
现在奇怪的是，这三大掌握系统，尤其是DCS、PLC，都在电站得到了广泛运用，而且效果也非常好。

02

三大掌握系统之间的差异

我们已经知道，FCS是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与PLC的特点，而且跨出了革命性的一步。
而目前，新型的DCS与新型的PLC，都有向对方靠拢的趋势。

新型的DCS已有很强的顺序掌握功能；而新型的PLC，在处理闭环掌握方面也不差，并且两者都能组成大型网络，DCS与PLC的适用范围，已有很大的交叉。
下一节就仅以DCS与FCS进行比较。
在前面的章节中，实际上已涉及到DCS与FCS的差异，下面姑息体系构造、投资、设计、利用等方面进行阐述。

◎ 差异要点DCS

DCS系统的关键是通信。
也可以说数据公路是分散掌握系统DCS的脊柱。
由于它的任务是为系统所有部件之间供应通信网络，因此，数据公路自身的设计就决定了总体的灵巧性和安全性。
数据公路的媒体可以是：一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。

通过数据公路的设计参数，基本上可以理解一个特定DCS系统的相对优点与弱点。

（1）系统能处理多少I/O信息。
来源：（2）系统能处理多少与掌握有关的掌握回路的信息。
（3）能适应多少用户和装置（CRT、掌握站等）。
（4）传输数据的完全性是若何彻底检讨的。
（5）数据公路的最大许可长度是多少。
（6）数据公路能支持多少岔路支路。
（7）数据公路是否能支持由其它制造厂生产的硬件（可编程序掌握器、打算机、数据记录装置等）。

为担保通信的完全，大部分DCS厂家都能供应冗余数据公路。

为了担保系统的安全性，利用了繁芜的通信规约和检错技能。
所谓通信规约便是一组规则，用以担保所传输的数据被吸收，并且被理解得和发送的数据一样。

目前在DCS系统中一样平常利用两类通信手段，即同步的和异步的，同步通信依赖一个时钟旗子暗记来调节数据的传输和吸收，异步网络采取没有时钟的报告系统……

FCS FCS的关键要点有三点：

（1）FCS系统的核心是总线协议，即总线标准前面的章节已经阐述，一种类型的总线，只要其总线协议一经确定，干系的关键技能与有关的设备也就被确定。
就其总线协议的基本事理而言，各种总线都是一样的，都以办理双向串行数字化通讯传输为基本依据。
但由于各种缘故原由，各种总线的总线协议存在很大的差异。

为了使现场总线知足可互操作性哀求，使其成为真正的开放系统，在IEC国际标准，现场总线通讯协议模型的用户层中，就明确规定用户层具有装置描述功能。

为了实现互操作，每个现场总线装置都用装置描述DD来描述。
DD能够认为是装置的一个驱动器，它包括所有必要的参数描述和主站所需的操作步骤。
由于DD包括描述装置通信所需的所有信息，并且与主站无关，以是可以使现场装置实现真正的互操作性。

准含8种类型，而原IEO国际标准只是8种类型之一，与其它7种类型总线的地位是平等的。
其它7种总线，不论其市场霸占率有多少，每个总线协议都有一套软件、硬件的支撑。
它们能够形成系统，形成产品，而原IEC现场总线国际标准，是一个既无软件支撑也无硬件支撑的空架子。

以是，要实现这些总线的相互兼容和互操作，就目前状态而言，险些是不可能的。

通过上述，我们是否可以得出这样一种印象：开放的现场总线掌握系统的互操作性，就一个特定类型的现场总线而言，只要遵照该类型现场总线的总线协议，对其产品是开放的，并具有互操作性。

换句话说，不论什么厂家的产品，也不一家是该现场总线公司的产品，只要遵照该总线的总线协议，产品之间是开放的，并具有互操作性，就可以组成总线网络。

（2）FCS系统的根本是数字智能现场装置

数字智能现场装置是FCS系统的硬件支撑，是根本，道理很大略，FCS系统实行的是自动掌握装置与现场装置之间的双向数字通信现场总线旗子暗记制。

如果现场装置不遵照统一的总线协议，即干系的通讯规约，不具备数字通信功能，那么所谓双向数字通信只是一句空话，也不能称之为现场总线掌握系统。
再一点，现场总线的一大特点便是要增加现场一级掌握功能。
如果现场装置不是多功

能智能化的产品，那么现场总线掌握系统的特点也就不存在了，所谓简化系统、方便设计、利于掩护等优胜性也是虚的。

（3）FCS系统的实质是信息处理现场化

对付一个掌握系统，无论是采取DCS还是采取现场总线，系统须要处理的信息量至少是一样多的。
实际上，采取现场总线后，可以从现场得到更多的信息。

现场总线系统的信息量没有减少，乃至增加了，而传输信息的线缆却大大减少了。
这就哀求一方面要大大提高线缆传输信息的能力，另一方面要让大量信息在现场就地完成处理，减少现场与掌握机房之间的信息来回。
可以说现场总线的实质便是信息处理的现场化。

减少信息来回是网络设计和系统组态的一条主要原则。
减少信息来回常常可带来改进系统相应韶光的好处。
因此，网络设计时应优先将相互间信息交流量大的节点，放在同一条岔路支路里。

减少信息来回与减少系统的线缆有时会相互抵牾。
这时仍应以节省投资为原则来做选择。
如果所选择系统的相应韶光许可的话，应选节省线缆的方案。
如所选系统的相应韶光比较紧张，轻微减少一点信息的传输就够用了，那就应选减少信息传输的方案。

现在一些带现场总线的现场仪表本身装了许多功能块，虽然不同产品同种功能块在性能上会稍有差别，但一个网络岔路支路上有许多功能雷同功能块的情形是客不雅观存在的。
选用哪一个现场仪表上的功能块，是系统组态要办理的问题。

考虑这个问题的原则是：只管即便减少总线上的信息来回。
一样平常可以选择与该功能有关的信息输出最多的那台仪表上的功能块。

◎ 范例系统比较

通过利用现场总线，用户可以大量减少现场接线，用单个现场仪表可实现多变量通信，不同制造厂生产的装置间可以完备互操作，增加现场一级的掌握功能，系统集成大大简化，并且掩护十分简便。

传统的过程掌握仪表系统每个现场装置到掌握室都需利用一对专用的双绞线，以传送4~20mA旗子暗记；现场总线系统中，每个现场装置到接线盒的双绞线仍旧可以利用，但是从现场接线盒到中心掌握室仅用一根双绞线完成数字通信。

通过采取现场总线掌握系统，到底能节省多少电缆，编者尚未做此打算。
但是，我们从采取DCS系统的电厂中与自动掌握系统有关的所用电缆公里数看出，电缆在基建投资中所占份额。

某电厂，2300MW燃煤机组。
热力系统为单元制。
每台机组设置一座集中掌握楼，采取机、炉、电单元集中掌握办法。
单元掌握室的标高为12.6米，与运行层标高同等。
DCS采取WDPF—Ⅱ，每台机组设计的I/O点为4500点。

电缆敷设采取EC软件，8个人用1.5个月韶光完成电缆敷设的设计任务；主厂房内每台300MW机组自动化专业的电缆根数为4038根；主厂房内每台300MW机组自动化专业的电缆长度为350公里；以上电缆的根数及长度均不包括全厂失火报警的厂供电缆和全厂各赞助生产车间的电缆；电缆桥架的立柱、桥架及小槽盒全部选用钢制镀锌，每台机组约95吨。

其它电缆桥架包括直通、弯通、三通、四通、盖板、终端封头、调宽片、直接片等选用铝合金材质，每台300MW机组约为55吨。
附件随桥架供应（如螺栓、螺母）。

某电厂，4MW燃油燃气电站。
热力系统为单元制。
DCS采取TELEPERM-XP.每台机组设计I/O点数为5804点。

电缆敷设采取EC软件，12个人用2.5个月韶光完成电缆敷设的设计任务；主厂房内每台325MW机组自动化专业的电缆根数为4413根；主厂房内每台235MW机组自动化专业的电缆长度为360公里；每台机组全部选用钢制镀锌电缆桥架，其重量约为200吨。

电站的电缆可以分为六大类：高压电力电缆、低压电力电缆、掌握电缆、热控电缆、弱电电缆（紧张指打算机用电缆）、其它电缆。
若两台300MW机组同时做电缆敷设，自动化专业电缆的数量大约有8500根旁边。
个中热控电缆和弱电电缆将大于5000根，即约占60%旁边（以根数计量）。

◎ 设计、投资及利用

上述的比较是侧重于纯技能性的比较，以下比较拟加入经济成分。

比较的前题是DCS系统与范例的、空想的FCS系统进行比较。
为什么要做如此的假设。
作为DCS系统发展到本日，开拓初期提出的技能哀求却已知足并得到了完善，目前的状况是进一步提高，因此也就不存在范例、空想的说法。

而作为FCS系统，90年代刚进入实用化，作为开拓初期的技能哀求：兼容开放，双向数字通信、数字智能现场装置、高速总线等，目前还不理想有待完善。
这种状态与现场总线国际标准的制订不能说没有关系。
过去的十多年，各总线组织都忙于制订标准，开拓产品，盘踞更多的市场，目的便是要挤身于国际标准，合法的盘踞更大的市场。

现在有关国际标准的争战已告一段落，各大公司组织都已意识到，要真正盘踞市场，就得完善系统及干系产品。
我们可以做这样的预测，不久的将来，完善的现场总线系统及干系产品必须成为天下现场总线技能的主流。

详细比较：

（1）DCS系统是个大系统，其掌握器功能强而且在系统中的浸染十分主要，数据公路更是系统的关键，以是，必须整体投资一步到位，事后的扩容难度较大。
而FCS功能下放较彻底，信息处理现场化，数字智能现场装置的广泛采取，使得掌握器功能与主要性相对减弱。
因此，FCS系统投资出发点低，可以边用、边扩、边投运。

（2）DCS系统是封闭式系统，各公司产品基本不兼容。
而FCS系统是开放式系统，用户可以选择不同厂商、不同品牌的各种设备连入现场总线，达到最佳的系统集成。

（3）DCS系统的信息全都是二进制或仿照旗子暗记形成的，必须有D/A与A/D转换。
而FCS系统

是全数字化，就免去了D/A与A/D变换，高集成化高性能，使精度可以从0.5%提高到0.1%.

（4）FCS系统可以将PID闭环掌握功能装入变送器或实行器中，缩短了掌握周期，目前可以从DCS的每秒2~5次，提高到FCS的每秒10~20次，从而改进调节性能。

（5）DCS它可以掌握和监视工艺全过程，对自身进行诊断、掩护和组态。
但是，由于自身的致命弱点，其I/O旗子暗记采取传统的仿照量旗子暗记，因此，它无法在DCS工程师站上对现场仪表（含变送器、实行器等）进行远方诊断、掩护和组态。

FCS采取全数字化技能，数字智能现场装置发送多变量信息，而不仅仅是单变量信息，并且还具备检测信息差错的功能。
FCS采取的是双向数字通信现场总线旗子暗记制。
因此，它可以对现场装置（含变送器、实行机构等）进行远方诊断、掩护和组态。
FCS的这点优胜性是DCS无法比拟的。

（6）FCS由于信息处理现场化，与DCS比较可以省去相称数量的隔离器、端子柜、I/O终端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜，同时也节省了I/O装置及装置室的空间与占地面积。
有专家认为可以省去60%.

（7）与（6）同样情由，FCS可以减少大量电缆与敷设电缆用的桥架等，同时也节省了设计、安装和掩护用度。
有专家认为可以节省66%.对付（6）、（7）两点应补充解释的是，采取FCS系统，节省投资的效果是不用疑惑的，但是否如有的专家所说达60~66%.这些数字在多篇文章中涌现，编者认为这是相互转摘的结果，目前还未找到这些数字的原始出处，因此，读者在引用这些数字时要慎重。

（8）FCS相对付DCS组态大略，由于构造、性能标准化，便于安装、运行、掩护。

（9）用于过程掌握的FCS设计开拓要点。
这一点并不作为与DCS的比较，只是解释用于过程掌握或者说用于仿照连续过程类的FCS在设计开拓中应重点考虑的问题。

1）哀求总线本安防爆功能，而且是头等主要的。
2）基本监控如流量、料位、温度、压力等的变革是缓慢的，而且还有滞后效应，因此，节点监控并不须要快电子学的相应韶光，但哀求有繁芜的仿照量处理能力。
这一物理特色决定了系统基本上多采取主一从之间的集中轮询制，这在技能上是合理的，在经济上是有利的。
3）流量、料位、温度、压力等参数的丈量，其物理事理是古典的，但传感器、变送器及掌握器应向数字智能化发展。
4）作为针对连续过程类及其仪器仪表而开拓的FCS，应侧重于低速总线H1的设计完善。

03

PLC与DCS的前景

我们已经知道有的FCS是由PLC发展而来，而有的FCS是由DCS发展而来，那么，本日FCS已走向实用化，PLC与DCS前景又将如何？

PLC于60年代末期在美国首先涌现，目的是用来取代继电器，实行逻辑、计时、计数等顺序掌握功能，建立柔性程序掌握系统。

1976年正式命名，并给予定义：PLC是一种数字掌握专用电子打算机，它利用了可编程序存储器储存指令，实行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过仿照和数字输入、输出等组件，掌握各种机器或事情程序。
经由30多年的发展，PLC已十分成熟与完善，并开拓了仿照量闭环掌握功能。

PLC在FCS系统中的地位彷佛已被确定并无多少辩论。
PLC作为一个站挂在高速总线上。
充分发挥PLC在处理开关量方面的上风。
其余，火力发电厂赞助车间，例如补给水处理车间、循环水车间、除灰除渣车间、输煤车间等，在这些车间的工艺过程多以顺序掌握为主。
PLC对付顺序掌握有其独特的上风。

赞助车间的掌握系统应以遵照现场总线通讯协议的PLC或能与FCS进行通讯交流信息的PLC为优选工具。